本發(fā)明涉及復(fù)合石墨烯材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電纖維一般是指導(dǎo)電率大于10-7Ω-1.cm-1的纖維。這類纖維具有良好的導(dǎo)電性和耐久性，特別是在低濕度下仍具有良好的耐久抗靜電性，因此在工業(yè)、民用等領(lǐng)域有著很大的用途。導(dǎo)電纖維制造的主要方法包括，一種為常規(guī)纖維表面涂覆導(dǎo)電成分，另一種為導(dǎo)電材料與纖維原料混合，通過紡絲工藝制成導(dǎo)電纖維。纖維表面涂覆導(dǎo)電層法是將含有金屬、碳黑或金屬化合物的導(dǎo)電材料，涂覆于纖維表面制成導(dǎo)電纖維，也可將聚苯胺等導(dǎo)電高聚物通過原位聚合法吸附于纖維表面獲得導(dǎo)電纖維，上述方法制備的纖維導(dǎo)電性能突出，但耐水洗性及耐久性不夠理想。共混紡絲將導(dǎo)電粒子（主要為碳黑或金屬化合物）與非導(dǎo)電成分的主體聚合物進行共混，通過熔融或濕法紡絲工藝制備復(fù)合導(dǎo)電纖維，在紡絲過程中，導(dǎo)電粒子極易產(chǎn)生團聚，影響復(fù)合纖維的導(dǎo)電效果。由于碳黑、金屬化合物自身的導(dǎo)電能力有限，因此紡制導(dǎo)電纖維時，碳黑和金屬化合物在纖維導(dǎo)電層中的比例過高。大量導(dǎo)電粒子的添加，不但大大降低了成纖高聚物的可紡性，使纖維的成品率下降，生產(chǎn)成本上升，因此添加少量的新型導(dǎo)電粒子成為導(dǎo)電復(fù)合纖維未來的發(fā)展的方向。
石墨烯（Graphene）是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯具有最高的電子傳導(dǎo)速度，大約為光速的1/300。由于其特殊的納米結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的物理化學(xué)性能（高強、高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電、超輕質(zhì)）而在生物醫(yī)學(xué)、儲能、傳感器和復(fù)合材料等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛能。
但一般添加了石墨烯的導(dǎo)電纖維其纖維強度往往不高，同時石墨烯材料的成本極高，導(dǎo)致由其為原料制備的導(dǎo)電纖維的成本太高，不利于推廣應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料及其制備方法，通過采用特定原料進行組合，配合相應(yīng)的生產(chǎn)工藝，得到了這種基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料，其導(dǎo)電性能突出，同時纖維強度高、生產(chǎn)成本較低，能夠滿足行業(yè)的要求，具有較好的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
一種基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料，由下列重量份的原料制成：氟化聚烯烴樹脂20-30份、煅燒高嶺土20-30份、聚四氟乙烯15-25份、硫代二丙酸雙十二烷酯12-18份、三聚氰胺磷酸酯12-18份、硬脂醇聚醚-2 磷酸酯10-15份、聚丙烯腈纖維10-15份、納米硅溶膠8-12份、氧化石墨烯5-8份、滑石粉5-8份、七水硫酸鎂3-5份、白炭黑2-4份、分散劑3-5份、防老劑3-5份。
優(yōu)選地，所述的分散劑選自脂肪醇聚氧乙烯醚、二甲亞砜、椰油酸二乙醇酰胺、六甲基磷酸三胺中的一種或幾種。
優(yōu)選地，所述防老劑選自防老劑MBZ、防老劑RD、防老劑NBC、防老劑AW中的一種或幾種。
基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）按照重量份稱取各原料；
（2）將氧化石墨烯、滑石粉、七水硫酸鎂、白炭黑加入適量水，研磨3-5小時得到450-550目漿料，噴霧干燥得到粉狀物，噴霧干燥機進風(fēng)溫度為250℃，出風(fēng)溫度180℃；
（3）將粉狀物加入硝酸，反應(yīng)5-15分鐘，烘干后送入混煉機中，然后依次加氟化聚烯烴樹脂、煅燒高嶺土、聚四氟乙烯、硫代二丙酸雙十二烷酯進行混煉25-30min，混煉溫度為95-100℃，再加入三聚氰胺磷酸酯、硬脂醇聚醚-2 磷酸酯、聚丙烯腈纖維、納米硅溶膠混煉5-10min；
（4）將混煉后的原料加入分散劑、防老劑，并添加20份去離子水，超聲處理2.5-3h得到原料懸浮液，超聲處理的頻率為25-30KHz，超聲處理的功率為1200-1300W；
(5)將超聲處理后的原料懸浮液進行干燥，隨后投入雙螺桿擠出機，在370-390℃的溫度下熔融，過濾后紡絲，雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速為180-200rpm，壓強為15-18kPa；
（6）擠出后的原料進行冷卻，隨后進行拉伸，拉伸倍率為3.2-3.5 倍，最后在280℃條件下熱定型，得到基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料。
優(yōu)選地，所述步驟（5）中過濾具體是用450-500目的尼龍濾膜進行真空抽濾25-30min，真空壓強為15-18kPa。
優(yōu)選地， 所述步驟（6）中拉伸工藝的參數(shù)為：熱盤溫度為75-85℃，熱板溫度為130-135℃，拉伸倍率為3.3倍。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為：
（1）本發(fā)明的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料以氟化聚烯烴樹脂、煅燒高嶺土、聚四氟乙烯、硫代二丙酸雙十二烷酯、三聚氰胺磷酸酯、硬脂醇聚醚-2 磷酸酯、聚丙烯腈纖維、納米硅溶膠、氧化石墨烯、滑石粉、七水硫酸鎂、白炭黑、分散劑、防老劑為原料，配合研磨、噴霧干燥、酸化、混煉、超聲、紡絲、拉伸、熱定型等工藝，使得制備而成的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料導(dǎo)電性能突出，同時纖維強度高、生產(chǎn)成本較低，能夠滿足行業(yè)的要求，具有較好的應(yīng)用前景。
（2）本發(fā)明的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料原料易得、工藝簡單，適于大規(guī)模工業(yè)化運用，實用性強。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
實施例1
（1）稱取氟化聚烯烴樹脂20份、煅燒高嶺土20份、聚四氟乙烯15份、硫代二丙酸雙十二烷酯12份、三聚氰胺磷酸酯12份、硬脂醇聚醚-2磷酸酯10份、聚丙烯腈纖維10份、納米硅溶膠8份、氧化石墨烯5份、滑石粉5份、七水硫酸鎂3份、白炭黑2份、脂肪醇聚氧乙烯醚3份、防老劑MBZ 3份；
（2）將氧化石墨烯、滑石粉、七水硫酸鎂、白炭黑加入適量水，研磨3-5小時得到450目漿料，噴霧干燥得到粉狀物，噴霧干燥機進風(fēng)溫度為250℃，出風(fēng)溫度180℃；
（3）將粉狀物加入硝酸，反應(yīng)5分鐘，烘干后送入混煉機中，然后依次加氟化聚烯烴樹脂、煅燒高嶺土、聚四氟乙烯、硫代二丙酸雙十二烷酯進行混煉25min，混煉溫度為95℃，再加入三聚氰胺磷酸酯、硬脂醇聚醚-2 磷酸酯、聚丙烯腈纖維、納米硅溶膠混煉5min；
（4）將混煉后的原料加入脂肪醇聚氧乙烯醚、防老劑MBZ，并添加20份去離子水，超聲處理2.5h得到原料懸浮液，超聲處理的頻率為25KHz，超聲處理的功率為1200W；
(5)將超聲處理后的原料懸浮液進行干燥，隨后投入雙螺桿擠出機，在370℃的溫度下熔融，過濾后紡絲，過濾是用450目的尼龍濾膜進行真空抽濾25min，真空壓強為15kPa，雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速為180rpm，壓強為15kPa；
（6）擠出后的原料進行冷卻，隨后進行拉伸，拉伸工藝的參數(shù)為：熱盤溫度為75℃，熱板溫度為130℃，拉伸倍率為3.3倍，最后在280℃條件下熱定型，得到基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料。
制得的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料測試結(jié)果如表1所示。
實施例2
（1）稱取氟化聚烯烴樹脂25份、煅燒高嶺土25份、聚四氟乙烯20份、硫代二丙酸雙十二烷酯15份、三聚氰胺磷酸酯15份、硬脂醇聚醚-2 磷酸酯13份、聚丙烯腈纖維13份、納米硅溶膠10份、氧化石墨烯6份、滑石粉7份、七水硫酸鎂4份、白炭黑3份、二甲亞砜4份、防老劑RD 4份；
（2）將氧化石墨烯、滑石粉、七水硫酸鎂、白炭黑加入適量水，研磨4小時得到500目漿料，噴霧干燥得到粉狀物，噴霧干燥機進風(fēng)溫度為250℃，出風(fēng)溫度180℃；
（3）將粉狀物加入硝酸，反應(yīng)10分鐘，烘干后送入混煉機中，然后依次加氟化聚烯烴樹脂、煅燒高嶺土、聚四氟乙烯、硫代二丙酸雙十二烷酯進行混煉28min，混煉溫度為97℃，再加入三聚氰胺磷酸酯、硬脂醇聚醚-2 磷酸酯、聚丙烯腈纖維、納米硅溶膠混煉7min；
（4）將混煉后的原料加入二甲亞砜、防老劑RD，并添加20份去離子水，超聲處理2.8h得到原料懸浮液，超聲處理的頻率為27KHz，超聲處理的功率為1250W；
(5)將超聲處理后的原料懸浮液進行干燥，隨后投入雙螺桿擠出機，在380℃的溫度下熔融，過濾后紡絲，過濾是用500目的尼龍濾膜進行真空抽濾28min，真空壓強為16kPa，雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速為190rpm，壓強為16kPa；
（6）擠出后的原料進行冷卻，隨后進行拉伸，拉伸工藝的參數(shù)為：熱盤溫度為80℃，熱板溫度為133℃，拉伸倍率為3.3倍，最后在280℃條件下熱定型，得到基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料。
制得的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料測試結(jié)果如表1所示。
實施例3
（1）稱取氟化聚烯烴樹脂30份、煅燒高嶺土30份、聚四氟乙烯25份、硫代二丙酸雙十二烷酯18份、三聚氰胺磷酸酯18份、硬脂醇聚醚-2磷酸酯15份、聚丙烯腈纖維15份、納米硅溶膠12份、氧化石墨烯8份、滑石粉8份、七水硫酸鎂5份、白炭黑4份、椰油酸二乙醇酰胺5份、防老劑NBC 5份；
（2）將氧化石墨烯、滑石粉、七水硫酸鎂、白炭黑加入適量水，研磨5小時得到550目漿料，噴霧干燥得到粉狀物，噴霧干燥機進風(fēng)溫度為250℃，出風(fēng)溫度180℃；
（3）將粉狀物加入硝酸，反應(yīng)15分鐘，烘干后送入混煉機中，然后依次加氟化聚烯烴樹脂、煅燒高嶺土、聚四氟乙烯、硫代二丙酸雙十二烷酯進行混煉30min，混煉溫度為100℃，再加入三聚氰胺磷酸酯、硬脂醇聚醚-2磷酸酯、聚丙烯腈纖維、納米硅溶膠混煉10min；
（4）將混煉后的原料加入椰油酸二乙醇酰胺、防老劑NBC，并添加20份去離子水，超聲處理3h得到原料懸浮液，超聲處理的頻率為30KHz，超聲處理的功率為1300W；
(5)將超聲處理后的原料懸浮液進行干燥，隨后投入雙螺桿擠出機，在390℃的溫度下熔融，過濾后紡絲，過濾是用500目的尼龍濾膜進行真空抽濾30min，真空壓強為18kPa，雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速為200rpm，壓強為18kPa；
（6）擠出后的原料進行冷卻，隨后進行拉伸，拉伸工藝的參數(shù)為：熱盤溫度為85℃，熱板溫度為135℃，拉伸倍率為3.3倍，最后在280℃條件下熱定型，得到基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料。
制得的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料測試結(jié)果如表1所示。
實施例4
（1）稱取氟化聚烯烴樹脂30份、煅燒高嶺土20份、聚四氟乙烯25份、硫代二丙酸雙十二烷酯12份、三聚氰胺磷酸酯18份、硬脂醇聚醚-2磷酸酯10份、聚丙烯腈纖維15份、納米硅溶膠8份、氧化石墨烯8份、滑石粉5份、七水硫酸鎂5份、白炭黑2份、六甲基磷酸三胺5份、防老劑AW 3份；
（2）將氧化石墨烯、滑石粉、七水硫酸鎂、白炭黑加入適量水，研磨5小時得到450目漿料，噴霧干燥得到粉狀物，噴霧干燥機進風(fēng)溫度為250℃，出風(fēng)溫度180℃；
（3）將粉狀物加入硝酸，反應(yīng)15分鐘，烘干后送入混煉機中，然后依次加氟化聚烯烴樹脂、煅燒高嶺土、聚四氟乙烯、硫代二丙酸雙十二烷酯進行混煉25min，混煉溫度為100℃，再加入三聚氰胺磷酸酯、硬脂醇聚醚-2 磷酸酯、聚丙烯腈纖維、納米硅溶膠混煉5min；
（4）將混煉后的原料加入六甲基磷酸三胺、防老劑AW，并添加20份去離子水，超聲處理3h得到原料懸浮液，超聲處理的頻率為25KHz，超聲處理的功率為1300W；
(5)將超聲處理后的原料懸浮液進行干燥，隨后投入雙螺桿擠出機，在370-390℃的溫度下熔融，過濾后紡絲，過濾是用450目的尼龍濾膜進行真空抽濾30min，真空壓強為15kPa，雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速為200rpm，壓強為15kPa；
（6）擠出后的原料進行冷卻，隨后進行拉伸，拉伸工藝的參數(shù)為：熱盤溫度為85℃，熱板溫度為130℃，拉伸倍率為3.3倍，最后在280℃條件下熱定型，得到基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料。
制得的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料測試結(jié)果如表1所示。
對比例1
（1）稱取氟化聚烯烴樹脂20份、煅燒高嶺土20份、聚四氟乙烯15份、硫代二丙酸雙十二烷酯12份、硬脂醇聚醚-2磷酸酯10份、聚丙烯腈纖維10份、納米硅溶膠8份、氧化石墨烯5份、七水硫酸鎂3份、白炭黑2份、脂肪醇聚氧乙烯醚3份、防老劑MBZ 3份；
（2）將氧化石墨烯、七水硫酸鎂、白炭黑加入適量水，研磨3-5小時得到450目漿料，噴霧干燥得到粉狀物，噴霧干燥機進風(fēng)溫度為250℃，出風(fēng)溫度180℃；
（3）將粉狀物加入硝酸，反應(yīng)5分鐘，烘干后送入混煉機中，然后依次加氟化聚烯烴樹脂、煅燒高嶺土、聚四氟乙烯、硫代二丙酸雙十二烷酯進行混煉25min，混煉溫度為95℃，再加入硬脂醇聚醚-2 磷酸酯、聚丙烯腈纖維、納米硅溶膠混煉5min；
（4）將混煉后的原料加入脂肪醇聚氧乙烯醚、防老劑MBZ，并添加20份去離子水，超聲處理2.5h得到原料懸浮液，超聲處理的頻率為25KHz，超聲處理的功率為1200W；
(5)將超聲處理后的原料懸浮液進行干燥，隨后投入雙螺桿擠出機，在370℃的溫度下熔融，過濾后紡絲，過濾是用450目的尼龍濾膜進行真空抽濾25min，真空壓強為15kPa，雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速為180rpm，壓強為15kPa；
（6）擠出后的原料進行冷卻，隨后進行拉伸，拉伸工藝的參數(shù)為：熱盤溫度為75℃，熱板溫度為130℃，拉伸倍率為3.3倍，最后在280℃條件下熱定型，得到基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料。
制得的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料測試結(jié)果如表1所示。
對比例2
（1）稱取氟化聚烯烴樹脂30份、煅燒高嶺土30份、聚四氟乙烯25份、硫代二丙酸雙十二烷酯18份、三聚氰胺磷酸酯18份、硬脂醇聚醚-2磷酸酯15份、聚丙烯腈纖維15份、氧化石墨烯8份、滑石粉8份、七水硫酸鎂5份、椰油酸二乙醇酰胺5份、防老劑NBC 5份；
（2）將氧化石墨烯、滑石粉、七水硫酸鎂加入適量水，研磨5小時得到550目漿料，噴霧干燥得到粉狀物，噴霧干燥機進風(fēng)溫度為250℃，出風(fēng)溫度180℃；
（3）將粉狀物加入硝酸，反應(yīng)15分鐘，烘干后送入混煉機中，然后依次加氟化聚烯烴樹脂、煅燒高嶺土、聚四氟乙烯、硫代二丙酸雙十二烷酯進行混煉30min，混煉溫度為100℃，再加入三聚氰胺磷酸酯、硬脂醇聚醚-2磷酸酯、聚丙烯腈纖維混煉10min；
（4）將混煉后的原料加入椰油酸二乙醇酰胺、防老劑NBC，并添加20份去離子水，超聲處理3h得到原料懸浮液，超聲處理的頻率為30KHz，超聲處理的功率為1300W；
(5)將超聲處理后的原料懸浮液進行干燥，隨后投入雙螺桿擠出機，在390℃的溫度下熔融，過濾后紡絲，過濾是用500目的尼龍濾膜進行真空抽濾30min，真空壓強為18kPa，雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速為200rpm，壓強為18kPa；
（6）擠出后的原料進行冷卻，隨后進行拉伸，拉伸工藝的參數(shù)為：熱盤溫度為85℃，熱板溫度為135℃，拉伸倍率為3.3倍，最后在280℃條件下熱定型，得到基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料。
制得的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料測試結(jié)果如表1所示。
將實施例1-4和對比例1-2的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料分別進行性能測試。
表1
本發(fā)明的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料以氟化聚烯烴樹脂、煅燒高嶺土、聚四氟乙烯、硫代二丙酸雙十二烷酯、三聚氰胺磷酸酯、硬脂醇聚醚-2 磷酸酯、聚丙烯腈纖維、納米硅溶膠、氧化石墨烯、滑石粉、七水硫酸鎂、白炭黑、分散劑、防老劑為原料，配合研磨、噴霧干燥、酸化、混煉、超聲、紡絲、拉伸、熱定型等工藝，使得制備而成的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料導(dǎo)電性能突出，同時纖維強度高、生產(chǎn)成本較低，能夠滿足行業(yè)的要求，具有較好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的基于氧化石墨烯的導(dǎo)電復(fù)合纖維材料原料易得、工藝簡單，適于大規(guī)模工業(yè)化運用，實用性強。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。